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《围岩粘弹性模型有限元模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第1期矿冶工程Vol.25№12005年02月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGFebruary2005①围岩粘弹性模型有限元模拟分析李德海,王东攀,高保彬(焦作工学院资源与材料工程系,河南焦作454000)摘要:采用粘弹性理论的对应原理,对轴对称圆巷的粘弹性模型进行了分析,从而得出了该模型位移场的理论解。并利用大型通用ANSYS有限元分析软件对轴对称圆巷的粘弹性模型位移场进行了数值模拟分析。在此基础上,对理论解析解和数值模拟解进行了对比分析。关键词:粘弹性模型;轴对称;有限元;
2、蠕变中图分类号:TD325.2文献标识码:A文章编号:0253-6099(2005)01-0001-02TheFinite2elementSimulationAnalysisofViscoelasticModelofSurroundingRockLIDe2hai,WANGDong2pan,GaoBao2bin(DeptofResourceandMaterialEngineer,JiaozuoInstituteofTechnology,Jiaozuo454000,Henan,China)Abstract:Basedont
3、hecorrespondenceprincipleinviscoelastictheory,theviscoelasticmodelofaxisymmetricroundheadingshasbeenanalyzed,obtainingtheoreticalresultsofdisplacementfieldintheviscoelasticmodel.Then,thedigitalsimulationofdisplacementfieldintheviscoelasticmodelofaxisymmetricroun
4、dheadingiscarriedoutwithANSYS———ageneralfinite2ele2mentanalysissoftware.Then,theoreticalanddigitalsimulationresultshavebeencomparedandanalyzed.Keywords:viscoelasticmodel;axisymmetric;finite2element;creep[4]岩体除具有弹性性质外,还具有塑性性质,在长期用蠕变随时间变化的广义开尔文体模型,如图1(a)加力情况下还表现出与
5、时间有关的粘性性质。本文从所示;其变形特征如图1(b)所示。流变学的观点出发,研究了巷道围岩的长期抗压强度相对于围岩应力水平较大时的流变情况,即粘弹性变形。传统的理论研究主要是对特殊形状的巷道围岩粘弹性变形进行公式分析,计算模型适应性较差,应用不[1～2]便,或计算结果很难符合工程实际。如今流行的大型通用ANSYS有限元分析软件使得研究领域及问题的复杂程度均得到进一步的扩大。为此笔者结合某工程项目首先采用粘弹性理论中的对应原理给出理论解析结果,其次利用ANSYS有限元分析软件模拟轴对图1广义开尔文体蠕变模型称圆巷的位移
6、和时间关系,给出模拟结果,并在此基础上,进行了结果的对比。广义开尔文体模型的全应力及应变可表示为:σ0σ0σ0-E21理论计算简述ε=εe+εc=E+-exp(ηt)(1)1E2E21.1材料的蠕变特性式中εe、εc分别为应变的弹性部分和蠕变部分;η为2围岩的蠕变主要是随着巷道开挖围岩应力释放并粘性系数,N·sPm;t为蠕变时间,s;E1、E2为弹性模产生回复发生的。不同流变模型反映实际岩体流变的量,MPa。不同特性,广义开尔文模型适用于反映岩体的粘弹性1.2问题的弹性解蠕变,伯格斯模型和西原正夫模型适用于反映岩体的深
7、埋圆形巷道受静水压力时的位移场可由弹性理[3]粘弹性2粘塑性蠕变。通过模型辨识,本文分析中采论取得。①收稿日期:2004206211作者简介:李德海(1958-),男,河南桐柏人,博士,教授,现从事岩层控制与三下采煤方面的教学与研究工作。2矿冶工程第25卷轴对称圆巷边界条件如图2所示,切向应力σθ和由拉普拉斯反变换,可得粘弹性位移解为:22径向应力σr为:γZR0(E1+E2)γzR0E2tur=-exp(-)(10)22rE1E22rE2ηRσθ=γZ(1+2)(2)r巷道周边(r=R)的径向位移为:22RγZR0(
8、E1+E2)γZR0E2tσr=γZ(1-2)(3)ur=-exp(-)(11)r2E1E22E2η3式中Z为巷道埋深,m;γ为载荷容重,MNPm;R为巷在已知E1、E2、η、γ的情况下,即可由此计算任一时道半径,m。刻该平面上的粘弹性体各点的位移。2利用有限元对轴对称圆巷粘弹性模型进行模拟分析巷道是在原岩应力作用下建造的,即巷道
